Olli Oksa 1, Sami Oksanen 2 ja Vesa Välimäki 2 1 TelecityGroup Finland Lautatarhankatu 6, 00580 Helsinki olli.h.oksa@gmail.com 2 Aalto-yliopisto, Signaalinkäsittelyn ja akustiikan laitos PL 13000, 00076 AALTO sami.oksanen@aalto.fi, vesa.valimaki@aalto.fi Tiivistelmä Palvelinkeskukset ovat paikkoja, joissa palvelimille ja muille tietoteknisille laitteille on järjestetty otolliset olosuhteet toimia jatkuvasti ilman palvelukatkoksia. Yksi edellytys olosuhteille on, että salin ja laitteiden toimintalämpötila pysyy riittävän alhaisena. Laitejäähdytys tuottaa kohinamaista melua, jolle palvelinsaleissa työskentelevät henkilöt altistuvat. Työympäristön melutasolle on lainsäädännössä asetettu raja-arvoja, joita työnantajat ovat velvoitettuja noudattamaan. Työnantajat ovat myös velvollisia selvittämään, kuinka voimakkaaksi työperäinen melualtistus voi nousta ja huolehtimaan riittävästä kuulonsuojauksesta. Tässä tutkimuksessa selvitettiin, minkälaista palvelinsalien melu on. Melun voimakkuutta ja melualtistustasoa verrattiin lainsäädännössä annettuihin ohjearvoihin. Myös melun spektriominaisuuksia tutkittiin melun luonteen ymmärtämiseksi. Tutkimuksessa selvitettiin, millä tavoin palvelinsalien meluominaisuuksia on yksinkertaista ja tehokasta mitata. Tutkimuksessa tarkasteltiin, miten salien akustisia ominaisuuksia voitaisiin kehittää melutason ja -altistuksen pienentämiseksi. Tulosten perusteella melu ei ylitä lainsäädännössä annettuja ylimpiä toiminnallisia raja-arvoja. Melu on kuitenkin niin voimakasta, että työntekijälle on tarjottava mahdollisuus asianmukaiseen kuulonsuojaukseen. Melun voidaan katsoa olevan niin häiritsevää, että se haittaa merkittävästi työntekoa ja alentaa työkykyä. 1 JOHDANTO Palvelinsalit ja palvelinkeskukset ovat kasvava liiketoiminta-alue Suomessa palvelimien virtualisoinnin ja pilvipalveluiden yleistyessä. Palvelinkeskukset ovat rakennuksia, joissa säilytetään keskitetysti palvelimia, reitittimiä ja muita lämpöä tuottavia tietoteknisiä laitteita. Laitekaapit on pääsääntöisesti sijoitettu niin, että ne vievät mahdollisimman vähän tilaa, mutta kuitenkin siten, että ilmanvaihto on riittävää ja laitteiden huoltaminen on mahdollista. Yhteen konesaliin mahtuu näin hyvin pieneen tilaan monta laitetta, joista jokainen tuottaa haittalämpöä. Verkkopalveluiden lisääntyessä ja konesaleissa sijaitsevien laitteiden määrän kasvaessa haittalämpö on alati suurempi ongelma laitteiden ja palveluiden toimivuudelle. Laitteiden lämpötila tulee pitää riittävän alhaisena, jotta ne eivät ylikuumene ja vikaannu.
Kuva 1: Tyypillinen palvelinsali (www.telecitygroup.fi) Pääosin tuulettimilla hoidettavan laitejäähdytyksen yksi haittapuoli on, että tuulettimet tuottavat paljon kohinamaista melua. Koska laitesaleissa ei ole aina mahdollista työskennellä valvomotilasta käsin, on käytännön syistä pakko päästä laitteen tai laitekaapin fyysiseen läheisyyteen tekemään asennus-, ylläpito- ja huoltotöitä. Tämän vuoksi töitä joudutaan tekemään hyvin meluisissa olosuhteissa. Lainsäädännön mukaan työnantaja on velvollinen selvittämään työntekijöihinsä kohdistuvan melualtistuksen tason ja tarvittaessa myös velvollinen ehkäisemään melualtistuksesta työntekijöille aiheutuvia haittoja. Tämän vuoksi on tärkeää, että työperäisen melun laatu ja aiheuttajat tunnetaan riittävän tarkasti. Tässä artikkelissa tutkimme ja selvitimme, millaista laitesalien melu on ja miten sitä voidaan mitata. Melun häiritsevyyttä ja haitallisuutta sekä melun voimakkuuden suhdetta lainsäädännössä annettuihin raja-arvoihin on myös tarkoitus selvittää. Tutkimuksen ja mittauksen kohteena oli kolme TelecityGroup Finlandin konesalia. Tutkimus perustuu Olli Oksan [1] diplomityöhön. 2 TYÖYMPÄRISTÖMELU "Melu on monien kansainvälisten tutkimusten mukaan yksi laajimmista ja häiritsevimmistä työympäristöongelmista. Melulle altistumisen on osoitettu vaikuttavan psyykkisiin toimintoihin, kuten keskittymis- ja suorituskykyyn sekä käyttäytymiseen. Melua vaimentamalla voidaan parantaa työympäristön viihtyvyyttä sekä työtehoa." [2] Melun voimakkuus eli melutaso vaikuttaa siihen, kuinka suuria haittavaikutuksia kuulolle ja esimerkiksi suorituskyvylle melussa oleskelusta voi aiheutua. Melutaso ei kuitenkaan ole ainoa melun haittavaikutuksiin vaikuttava parametri, vaan niihin vaikuttaa myös melualtistukseen kuluva aika. Työperäisen melun vaikutuksia arvioidaan yleensä äänialtistustason avulla. Äänialtistustaso on äänitason aikapainotettu keskiarvo, jonka perustana työperäisessä arvioinnissa käytetään yleensä kahdeksantuntista työpäivää [3].
20 Melualtistusrajan saavuttamiseen kuluva aika (h) 18 16 14 12 10 8 6 4 2 Al.stusraja 80 db Al.stusraja 85 db Al.stusraja 87 db Kahdeksan tunnin raja 0 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 Keskimääräinen melutaso (db) Kuva 2: Melun altistusrajojen täyttymiseen kuluva aika tunteina eri melutasoilla (80 90 db) EU-lainsäädännössä on määritelty altistustasorajat työperäiselle melulle taulukon 1 mukaisesti. Jos päivittäinen melualtistus ylittää alemman toimintarajan 80 desibeliä, työnantajan on huolehdittava, että työntekijöillä on mahdollisuus henkilökohtaiseen kuulonsuojaukseen. Altistustason ylittäessä 85 desibeliä työnantajan on huolehdittava, että henkilökohtaista kuulosuojausta käytetään. Jos altistustaso ylittää 87 desibeliä, työnantajan on viipymättä saatettava altistuminen raja-arvoa pienemmäksi ja lisäksi selvitettävä, miksi raja ylittyi. Kuvan 2 perusteella voidaan hahmottaa, kuinka pitkään eri melutasoissa voidaan oleskella, jotta melualtistusrajat täyttyvät. Jos melualtistustaso työympäristössä ylittää raja-arvot, työnantaja on velvollinen ryhtymään lainsäädännön vaatimiin toimenpiteisiin [3, 2]. 3 SUORITETUT MELU- JA JÄLKIKAIUNTAMITTAUKSET Palvelinsaleista mitattiin äänipainetaso koko lattiapinnan alueelta metrin välein, ja mikäli mittauspiste osui paikkaan, jossa äänitason mittaaminen ei onnistunut, otettiin mittaustulos lähimmässä mahdollisessa pisteessä. Mittaukset tehtiin jalustalla 1.2 metrin korkeuteen sijoitetulla RadioShack 33-2055 -äänitasomittarilla. Mittauskorkeus vastaa keskimäärin istumatyökorkeutta, ja samalla lattiaheijastusten vaihtelu minimoidaan. Mittausdata tallennettiin 16-bittisiksi monosignaaliksi Audacity-ohjelmalla. Äänitasomittarin A-painotettu spektri on määritelty välillä 0.5 10 khz. Mitattujen arvojen perusteella muodostettiin salin lattiapinta-alan kattava melukartta. Kartan avulla voidaan mallintaa ja havainnoida, miten melu jakautuu konesalin lattiapinnan alueelle ja kartasta voidaan myös päätellä, missä melutaso on korkeimmillaan. Kuvassa 3 on esimerkki mitatusta melukartasta, josta voidaan päätellä, että salin toisessa päädyssä on merkittävästi korkeampi äänitaso, kuin salin keskivaiheilla.
Kuva 3: Melujakauma konesalissa, skaala La,eq 76 90 db. Palvelinsalien jälkikaiunnan analyysiin käytettiin katkaistun kohinan tekniikkaa, koska saleissa on jatkuva taustamelu eikä sinipyyhkäisy siten ollut toteuttamiskelpoinen vaihtoehto heikon signaalikohinasuhteen vuoksi [4]. Herätteenä käytetyllä valkoisella kohinalla saadaan tuotettua taajuuden suhteen signaalienergialtaan mahdollisimman tasainen laajakaistainen satunnaisheräte. Jälkikaiuntamittauksissa valkoista kohinaa toistetaan Genelec 1032 kaiuttimen kautta mittausympäristössä noin 10 sekuntia, jotta kaiuntakentän äänitaso ehtii vakiintua. Valkoinen kohina katkaistaan, ja heräteäänen annetaan vaimentua kuulumattomiin. Äänitason eli äänienergian vaimeneminen ajan suhteen voidaan määrittää sovittamalla suora laskevan äänienergiatason kuvaajaan. Diffuusissa äänikentässä suoran kulmakerroin määrittää jälkikaiunta-ajan. 4 MITTAUSTULOKSET JA ANALYYSI Konesalin melutaso ei muutu ajan suhteen juurikaan, ja melun spektrikuvaaja oli kaikissa saleissa samankaltainen korkeampia taajuuksia kohti vaimeneva käyrä. Kuvassa 4 on esitetty yhden salin melun aikavaste ja tehospektri. Spektristä ei selkeitä taajuuskorostumia erottunut missään mitatussa salissa. Palvelinsalien melun taajuusvasteen mittausten perusteella melutaso on korkeimmillaan noin 1000 hertsin alueella, jossa myös ihmiskorva on herkimmillään. Jälkikaiunta-ajan ja salien absorption mittausten perusteella havaittiin, että kaikissa saleissa absorption määrä on hyvin vähäinen, joten jälkikaiunta-aika on kaikissa saleissa tarpeettoman pitkä. Äänipainetaso tilassa riippuu äänitehosta, etäisyydestä äänilähteeseen ja tilan absorptioalasta [5]. Salien jälkikaiunta-ajat mitattiin absorption vaikutuksen selvittämiseksi. Jälkikaiunta-aikojen avulla tilojen kokonaisabsorptiokertoimeksi saatiin Sabinen määritelmän mukaan noin 0.11 kaikille saleille [6]. Saleissa ei juuri ole absorboivaa materiaalia, minkä vuoksi absorptiokerroin melko pieni. Absorptiota lisäämällä tilojen äänipainetasoja voitaisiin pienentää merkittävästi. Laitekaappirivien väliset käytävät pyritään rakentamaan siten, että laitteet puhaltavat kuuman ilman aina samaan suuntaan jokaisella rivillä. Näin saliin muodostuu poistoilmapuolelle kuumakäytäviä ja tuloilmapuolelle kylmäkäytäviä. Melujakaumasta voidaan havaita, että kuumakäytävillä on keskimäärin korkeampi melutaso kuin kylmäkäytävil-
Melun aikavaste 80 Magnitudi (db) 60 40 20 0 20 Aika Suhteellinen magnitudi (db) 0 20 40 60 Melun tehospektri 500 1000 2000 5000 10000 Taajuus (Hz) Kuva 4: Konesalimelun aikavaste ja tehospektri. Taulukko 1: Konesaleissa mitatut akustiset parametrit Sali A Sali B Sali C L A,dB 82 84 80 L maxa,db 90 99 87 T 60,s 1.5 1.7 1.2 A m 2 58 107 26 α 0.12 0.11 0.12 lä. Kuvassa 3 tummansinisellä alueella olevat laitekaapit ovat tyhjiä, joten luonnollisesti melu on tällä alueella alhaisempaa. Koska laitteiden äänitehoon ja havaintopisteen etäisyyteen ei usein käytännössä voida vaikuttaa, ainoiksi salin äänitasoon vaikuttaviksi parametriksi jäävät salin absorptio ja kaappien äänieristys. Lisäämällä salien seinä- ja kattopintoihin absorboivaa materiaalia, salien melutasoja voitaisiin vähentää merkittävästi melko pienin kustannuksin. Melulähteiden eli laitekaappien äänieristys on hankala toteuttaa häiritsemättä jäähdytysilman virtausta nykyisillä laitekaappiratkaisuilla. Uusimmissa laitekaappiratkaisuissa poistoilma voidaan johtaa ulos kaapin katon kautta, jolloin myös poistokanavan äänieristysvaihtoehdot paranevat. Suuri osa konesalimelusta aiheutuu laitteiden poistoilmavirtauksesta. Eristämällä kuuma- ja kylmäosiot saleissa mahdollisimman tehokkaasti toisistaan, parannetaan paitsi energiatehokkuutta, voidaan myös melutasoja mahdollisesti alentaa.
5 JOHTOPÄÄTÖKSET Tutkimuksissa mitattiin kolme TelecityGroup Finlandin konesalia pääkaupunkiseudulla. Salien keskimääräinen melutaso L A,eq oli kaikissa saleissa 80 84 desibeliä, joten melutaso on huomattava ja sen voidaan katsoa aiheuttavan haittaa saleissa työskenteleville henkilöille [7, 8, 9, 10]. Palvelinsalien melu ylittää paikkapaikoin ylimmän EU:n asettaman 87 desibelin rajaarvon, mutta keskimääräisesti melualtistus jää rajan alapuolelle. Näin työnantajan ei voida katsoa olevan velvoitettu saattamaan melutasoa toteutunutta alemmaksi. Toisaalta yksikään sali ei ollut mittaushetkellä täyteen kalustettu, joten melulähteiden määrän kasvaessa myös salien äänitaso todennäköisesti kasvaa. Salien melutasosta muodostettu melujakauma kuvaa hyvin, missä kohden salia melu on voimakasta ja jakauman perusteella on helppoa osoittaa salien ongelmakohdat. VIITTEET [1] OKSA O, Palvelinsalien työympäristön meluselvitys, Diplomityö, Aalto-yliopisto, Sähkötekniikan korkeakoulu, Espoo, 2012. [2] TYÖSUOJELUHALLINTO, Työmelu, Työsuojeluopas ja -ohje, Aluehallintovirasto, Tampere, 2012, ISBN 978-952-479-046-8. [3] EUROOPAN TYÖTERVEYS- JA TURVALLISUUSVIRASTO, Data to describe link between osh and employability, EU-OSHA, Bryssel, 2002, ISBN 92-894-7006-2. [4] SCHROEDER M R, New method of measuring reverberation time, The Journal of the Acoustical Society of America, 37(1965) 3, 409 412. [5] HONGISTO V, Meluntorjunta, Luentomoniste, 2011. [6] ROSSING T D, MOORE F R, & WHEELER P A, The Science of Sound, Addison- Wesley Massachusetts, 3rd edition, 1990. [7] MILLER J D, Effects of noise on people, The Journal of the Acoustical Society of America, 56(1974) 3, 729 764. [8] PERSSON WAYE K, RYLANDER R, BENTON S, & LEVENTHALL H, Effects on performance and work quality due to low frequency ventilation noise, Journal of Sound and Vibration, 205(1997) 4, 467 474. [9] PASSCHIER-VERMEER W & PASSCHIER W F, Noise exposure and public health, Environmental Health Perspectives, 108(2000) Suppl 1, 123 131. [10] NELSON D I, NELSON R Y, CONCHA-BARRIENTOS M, & FINGERHUT M, The global burden of occupational noise-induced hearing loss, American Journal of Industrial Medicine, 48(2005) 6, 446 458.